有軌電車的牽引供電方式分析探討

邵春慶

中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司西安分公司 陜西 西安 710061

引言

有軌電車作為一種歷史悠久的交通工具，在我國的城市公共交通體系中曾經(jīng)占有一席之地，后來，隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的有軌電車因為軌道和線路鋪設等問題，影響了城市的發(fā)展而一度銷聲匿跡?，F(xiàn)在，隨著有軌電車技術的不斷提高和城市交通壓力的進一步加大，這種運載量大，高效便捷，節(jié)能環(huán)保的交通工具有一次出現(xiàn)在了人們的視野中，開始成為城市公共交通的解決方案之一。[1]

1 有軌電車牽引供電方式的發(fā)展現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的有軌電車，通常采用架空接觸網(wǎng)作為牽引供電方式。這種方式采用架空接觸網(wǎng)和鋼軌最為車輛運行的兩大基礎設施，架空接觸網(wǎng)負責供電，鋼軌用于電流回流。這種方式結構簡單、技術成熟，已經(jīng)在有軌電車領域進行了廣泛的應用，但是這種方式對于運行基礎設施的投入較大，而且大量的架空線路對于城市的市容市貌帶來了負面影響，因此制約了有軌電車的發(fā)展。[2]

為了解決架空接觸網(wǎng)方式的種種弊端，近年來隨著各大廠商對車輛技術和供電技術研發(fā)的不斷投入，有軌電車的牽引供電技術取得了顯著的進步。針對傳統(tǒng)的皆空接觸網(wǎng)技術與城市市容市貌之間的矛盾，新技術提出了三種解決方案。一是保留架空線路，但是對線路本身進行美化設計，使其有效的融入城市環(huán)境，降低對于周圍環(huán)境的影響。第二是將有軌電車的供電裝置布置在地面，這樣一來就實現(xiàn)了城市空域的整理整潔，與此同時，采用分段供電等方案，解決地面供電的安全問題。第三是開發(fā)車輛儲能裝置，使電車能夠采用車輛的自備能源行使，從而擺脫供電線路的束縛，減少線路的影響。[3]

2 新型牽引供電技術介紹

（1）APS系統(tǒng)。APS系統(tǒng)屬于無架空接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)，采用地面接觸軌供電，鋼軌回流的方式。APS系統(tǒng)主要分為接觸軌、支架、直流配電單元、直流監(jiān)控系統(tǒng)幾大部分。APS系統(tǒng)的供電軌布設于兩條平行的行走軌道之間，供電軌并非連續(xù)鋪設，而是根據(jù)一定的長度分段鋪設，兩端供電軌之間保持絕緣，從而防止出現(xiàn)觸電意外。電車上安裝專用的受電靴，用于車輛從供電軌上取電。在軌道沿線每個一段距離設置一個控制箱，當檢測到車輛行經(jīng)每個區(qū)段后，負責控制該段的控制箱接收到車輛的信號，想該段接觸軌供電，其余部分的接觸軌保持絕緣，從而保證用電安全，防止發(fā)生觸電事故。[4]

APS系統(tǒng)采用了新型的地面接觸軌供電技術，從而避免了傳統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)所使用的架空線路對于城市景觀的破壞，對于在城市特殊景觀地區(qū)采用有軌電車作為公共交通解決方案提供了可能性。除此之外，APS系統(tǒng)還具有較高的靈活性，可以與多種方案進行結合，例如與傳統(tǒng)架空線路結合使用，在特殊景觀保護區(qū)域使用地面供電軌，在普通地區(qū)采用架空線路供電。

APS系統(tǒng)雖然能夠有效的減少對于城市市容市貌的影響，但是由于地面供電的特殊性，因此對于供電線路附近的安全性、排水性、可靠性等具有很高的要求，另外，該系統(tǒng)需要在沿線埋設大量的信號接收控制設備，對于施工要求較高，也需要大量的成本。[5]目前，APS系統(tǒng)的造價約合4000至5000萬每公里，如果大量投入使用，會對于城市財政造成一定影響。

（2）PRIMOVE系統(tǒng)。該系統(tǒng)由龐巴迪公司研發(fā)，是一種非接觸式供電技術。該系統(tǒng)在電車線路經(jīng)過的地面鋪設感應線圈，采用非接觸的方式向車輛供電。主要利用了電能與磁場相互轉化的原理，當感應系統(tǒng)檢測到電車經(jīng)過線圈時想線圈供電，線圈通電后被后車輛底部安裝的受留感知系統(tǒng)轉化成電能供應給車輛的動力系統(tǒng)。

PRIMOVE系統(tǒng)巧妙利用了電磁感應原理，使得車輛能夠在運動和靜止兩種狀態(tài)下進行充電。該系統(tǒng)適應柏油路、水泥路、石板路等多種路面條件，避免了架空線路問題，同時供電安全系數(shù)更高，對放水、絕緣要求較低。但是該系統(tǒng)的安裝維護成本較高，大規(guī)模應用同樣會造成財政壓力。

（3）Tramwave系統(tǒng)。該系統(tǒng)也是一種接觸試的地面供電系統(tǒng)。安裝在地面的供電導軌是柔性永磁材質，預制配套的車輛受電靴也是磁性材質，因此，在車輛經(jīng)過供電導軌上方時，會吸引柔性導軌產生形變上升，從而與受電靴產生接觸實現(xiàn)供電。當受電靴離開該段供電導軌后，導軌受重力作用，自然落回地面，導軌表面斷電，保證周圍人員的安全。

該系統(tǒng)相對于PRIMOVE系統(tǒng)，其供電控制更加簡單，能夠做到更加安全的防觸電保護，但是目前，該項技術還處在研發(fā)階段，某些問題尚待解決，相信不就得將來這項技術就能夠投入使用，為有軌電車這一交通方式提供更加安全的供電方式。

（4）儲能式供電系統(tǒng)。儲能式供電是現(xiàn)代電動汽車的設計理念在有軌電車上的延伸應用。隨著電動車輛技術的發(fā)展，鋰電池、氫燃料電池、超級電容等儲電技術及其控制技術得到了空前的發(fā)展?，F(xiàn)代有軌電車通常采用的是交流傳動技術，車載儲能裝置能夠將車輛制動、車輛下坡時產生的摩擦和重力勢能等能量轉化為電能儲存起來，作為電車的形式能源進行使用。儲能式有對電車能夠徹底解決車輛供電基礎設施的建設問題，能夠在不方面進行供電設施施工的區(qū)域采用儲能式供電車輛進行運營。

儲能式供電技術采用的是車輛本身的攜帶的能源作為動力，與依靠線路進行實時供電的方式有著本質的區(qū)別。儲能式供電系統(tǒng)，徹底消除了電車的架空線路對于城市環(huán)境的影響，避免了大量供電線路的潛在安全問題，適應于各種地形環(huán)境，是現(xiàn)代有軌電車牽引供電的一個重要發(fā)展方向。但是這種方式也有著一些現(xiàn)階段難以克服的弊端。

總之。隨著各類牽引供電技術的發(fā)展，有軌電車必將作為一種優(yōu)秀的交通解決方案，服務于城市公共交通建設。